2020高中生物 第4章 基因工程 第1节 基因工程的基本原理和技术

2020高中生物 第4章 基因工程 第1节 基因工程的基本原理和技术

第1节　基因工程的基本原理和技术 课时过关·能力提升 一、基础巩固 ‎1.下列关于基因工程的叙述,正确的是(　　)‎ A.基因工程经常以抗生素抗性基因为目的基因 B.细菌质粒是基因工程常用的运载体 C.通常用一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA,用另一种限制性内切酶处理运载体 D.为育成抗除草剂的作物新品种,导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体 解析:基因工程中常用抗生素抗性基因作为标记基因,而不是目的基因。通常用同一种限制性内切酶处理含目的基因的DNA和运载体,以保证产生同样的末端。在选择受体细胞时,主要考虑的是该细胞中目的基因是否表达,受精卵由于全能性最高,往往成为动植物实施转基因的首选受体,但目的基因也可以导入其他细胞,例如,植物胚的细胞、动物囊胚早期细胞等。‎ 答案:B ‎2.下列对基因工程的理解,正确的是(　　)‎ ‎①它是一种按照人们的意愿,定向地改造生物遗传特性的工程　②可在真核与原核生物之间进行基因转移　③是体外进行的人为的基因重组　④在DNA分子水平进行操作　⑤一旦成功,便可遗传 A.①②③④⑤ B.①③④⑤‎ C.①②③⑤ D.①②④⑤‎ 解析:基因工程可以对生物的基因进行重新组合,然后导入受体细胞内,使目的基因在受体细胞内表达,产生出人类所需要的新的遗传特性,它可以在真核与原核生物之间进行基因转移。转基因一旦成功,便可遗传。‎ 答案:A ‎3.下列关于质粒和染色体的叙述,正确的是(　　)‎ A.两者有相同的化学本质 B.两者是同一物质的不同形态 C.质粒不存在于真核细胞中,染色体普遍存在于真核细胞中 D.两者的化学成分中均含有脱氧核糖 解析:质粒是存在于细菌、酵母菌等微生物细胞中的小型环状DNA分子,染色体是真核生物细胞核中主要由DNA和蛋白质组成的结构。‎ 答案:D ‎4.下列关于质粒的叙述,正确的是(　　)‎ A.由于质粒是环状DNA分子,因此常被选为基因运载体 B.质粒是唯一的运载体 C.质粒是位于细菌拟核的环状DNA分子 D.由于质粒上有特殊的标记基因,因此便于重组DNA的鉴定和筛选 解析:质粒是常用运载体,但不是唯一的运载体,其本质是独立于拟核之外的环状DNA分子,但其环状结构不是质粒作为运载体的理由。‎ 答案:D ‎5.下列关于下图DNA分子片段的说法,正确的是(　　)‎ A.一种限制性内切酶可作用于①②处 B.解旋酶作用于③处 C.DNA连接酶作用于③处 D.获取目的基因要同时使用解旋酶和限制性内切酶 答案:B 二、能力提升 ‎6.下表有关基因工程的内容,正确的组合是(　　)‎ 4‎ 供体 ‎“分子手术刀”‎ ‎“分子缝纫针”‎ 运载体 受体 A 质粒 限制性内切酶 DNA连接酶 提供目的基因的生物 大肠杆菌等 B 提供目的基因的生物 DNA连接酶 限制性内切酶 质粒 大肠杆菌等 C 提供目的基因的生物 限制性内切酶 DNA连接酶 质粒 大肠杆菌等 D 大肠杆菌等 DNA连接酶 限制性内切酶 提供目的基因的生物 质粒 解析:基因工程中的“分子手术刀”是限制性内切酶,“分子缝纫针”是DNA连接酶,最常用的运载体是质粒,受体多用原核生物,如大肠杆菌等。‎ 答案:C ‎7.下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(　　)‎ A.①②③④ B.①②④③‎ C.①④②③ D.①④③②‎ 解析:限制性内切酶将DNA切割为两个片段,如①。DNA聚合酶在DNA复制过程中能连接脱氧核苷酸,延长子链,如④。DNA连接酶能连接DNA片段,如②。解旋酶能解开DNA双链,如③。‎ 答案:C ‎8.现有一长度为1 000碱基对(bp)的DNA分子,用限制性核酸内切酶EcoRⅠ单独酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp,用KpnⅠ单独酶切后得到400 bp和600 bp两种长度的DNA片段,用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA片段。该DNA分子的酶切图谱正确的是(　　)‎ 解析:从图谱中可发现有链状DNA、环状DNA,用EcoRⅠ切割后DNA的长度不变,此DNA应该为环状。用KpnⅠ单独酶切后得到400 bp和600 bp两种长度的DNA,因此DNA上应该存在两个Kpn Ⅰ的切割位点。‎ 答案:D ‎9.下列有关说法正确的是(　　)‎ A.DNA连接酶最初是从人体细胞中发现的 B.限制性内切酶的切口一定是GAATTC碱基序列 C.质粒是基因工程中唯一用作运载目的基因的运载体 D.运载体必须具备的条件之一是具有一个或多个限制性内切酶切点,以便与外源基因连接 解析:DNA连接酶最初是在大肠杆菌细胞中发现的。一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的位点上切割DNA分子,细胞中有多种限制性内切酶,不同的限制性内切酶的切口是不同的。质粒是基因工程中常用的运载体,但不是唯一的。‎ 答案:D ‎10.在药品生产中,有些药品如干扰素、白细胞介素、凝血因子等,以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取,由于受原料来源限制,价格十分昂贵,而且产量低,临床供应不足。自20世纪70年代遗传工程发展起来以后,人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因,使之与质粒形成重组DNA,并把重组DNA导入大肠杆菌,最后利用这些工程菌,可以高效率地生产出上述各种高质量、低成本的药品。请分析完成下列问题。‎ ‎(1)在基因工程中,质粒是一种最常用的　　　　　　,它广泛地存在于细菌细胞中,是一种很小的环状　　　　　　　　分子。 ‎ 4‎ ‎(2)在目的基因与质粒形成重组DNA的过程中,一般要用到的工具酶是　　　　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后,能在细菌细胞内直接合成“某激素”,则该激素基因在细菌体内的表达包括　　　　　　　和　　　　　　　　两个过程。 ‎ 解析:基因工程的工具有限制性内切酶——“分子手术刀”、 DNA连接酶——“分子缝纫针”、基因进入受体细胞的运载体——“分子运输车”,其中最常用的运载体是质粒。基因的表达包括转录和翻译。‎ 答案:(1)运载体　DNA ‎(2)限制性内切酶　DNA连接酶 ‎(3)转录　翻译 三、综合应用 ‎11.目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒,pBR322质粒是较早构建的质粒载体,其主要结构如图1所示。‎ ‎(1)构建人工质粒时要有抗性基因,以便于　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)pBR322分子中有1个EcoRⅠ限制性内切酶作用位点,EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—,并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点,请画出目的基因两侧被限制性内切酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。‎ ‎(3)pBR322分子中另有1个BamHⅠ限制性内切酶作用位点,现将经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制性内切酶BglⅡ处理得到的目的基因,通过DNA连接酶作用恢复　　　　　　　　键,成功地获得了重组质粒。这说明　 　。 ‎ ‎(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampR和tetR的大肠杆菌,将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养,得到如图2的菌落。再将灭菌绒布放到培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布放到含四环素的培养基上培养,得到如图3的结果(空圈表示与图2对照无菌落的位置)。与图3空圈相对应的图2中的菌落表现型是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　,图3结果显示,多数大肠杆菌导入的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填“重组质粒”或“pBR322质粒”)。 ‎ 解析:(1)质粒上的抗性基因可作标记基因,便于鉴定受体细胞中是否导入目的基因。(2)在目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点,即目的基因两侧都有—GAATTC—。(3)DNA连接酶能连接磷酸二酯键。经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制性内切酶BglⅡ处理得到的目的基因能连接起来,说明这两种限制性内切酶切割得到的末端相同或互补。(4)图2中的菌落能抗氨苄青霉素,将灭菌绒布放到图2中培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布放到图3含四环素的培养基上培养,仍能生长的为抗四环素的菌落,空圈为不能抗四环素的菌落(只能抗氨苄青霉素)。图3结果显示,多数大肠杆菌既能抗氨苄青霉素,又能抗四环素,说明导入的是pBR322质粒,而不是重组质粒(重组质粒的四环素抗性基因被切断,不能表达,因此含重组质粒的大肠杆菌只抗氨苄青霉素)。‎ 答案:(1)鉴别目的基因是否导入受体细胞 ‎(2)‎ ‎(3)磷酸二酯　两种限制性内切酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的末端相同(或互补)　(4)能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素　pBR322质粒 ‎12.限制性内切酶 Ⅰ 的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制性内切酶 Ⅱ 的识别序列和切点是—T↓GATC—。在质粒上有酶 Ⅰ 的一个切点,在目的基因的两侧各有1个酶 Ⅱ 的切点。用上述两种酶分别切割质粒和含有目的基因的DNA。‎ 4‎ ‎(1)请画出质粒被限制性内切酶Ⅰ切割后形成的黏性末端。‎ ‎(2)请画出目的基因两侧被限制性内切酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。‎ ‎(3)在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制性内切酶切割后所形成的黏性末端能否连接起来?为什么?‎ 解析:本题解题关键是根据碱基互补配对原则将DNA分子的两条链写准确,注意黏性末端的写法。由于黏性末端之间符合碱基互补配对原则,所以在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制性内切酶切割后形成的黏性末端能连接起来。‎ 答案:(1)‎ ‎(2)‎ ‎(3)可以连接。因为由两种限制性内切酶切割后所形成的黏性末端是互补的。‎ 4‎